硅烷安全管理

硅烷安全管理 1.硅烷的基本性质 1.1 名称 产品名称： 硅烷 Silane 分子式： SiH4 代名词： 四氢化硅，甲硅烷 1.2 CAS 号码 : 7803-62-5 UN编号： 2203 1.3 物化性质 外观，嗅觉及状态 ：无色气体，有窒息影响。 分子量 ： 32.12 沸点 ：（ 1个大气压） : -169.0 F（ - 111.7 C) 比重 ：（空气 1) 1.2 1.硅烷的基本性质 冰点 /熔点 : 301.0 F（ 185.0 C) 蒸 汽压 : ( 70 F(21.1 C): 不适用，永久气体 气体密度 :( 70 F(21.1 C)1个大气压下 ):0.084lb/ft3 水溶性 :几乎不溶于水 1.4危险性 硅烷的危险特性在于它与氧反应的极强活性，自 燃 ,着 火下限低 ,燃烧能量大，爆炸范围宽，所以决定了它是 一种高危险性的气体。 1.硅烷的基本性质 1.5 硅烷的化学性质 SiH4的化学性质非常活泼，因为它有强还原性，与氧 化性物质（ O2 、卤素、卤化物等） 、碱或许多重金 属盐类溶液接触，会显示出很强的活泼性。在特定环 境下还能与 N2和 NH3反应。 1.5.1硅烷与氧反应 硅烷与氧发生化学反应可分为二种情况。 一种是缓慢的氧化作用 (硅烷浓度 2.5%)，反应结果生 成白色的二氧化硅粉末和水。反应式： SiH4+ 2O2一 SiO2+ 2H2O 1.硅烷的基本性质 另一种是硅烷激烈的氧化反应。浓度大于 8%的硅烷大 量泄漏或大量往大气中排放，硅烷与氧就会发生激烈 的化学反应，出现激烈燃烧甚至爆炸。反应过程如下： SiH4 + 2O2 SiO2 + 2H2O + H (1) 反应产生的大量热量使得周围硅烷迅速分解。即 X(SiH4 ) (S iH2)X + XH2 (2) 2H2+O2 2H2O (3) (SiH2)X 是一种棕黄色的粉尘。反应式 (1)、 (2)、 (3)是 连锁反应，瞬间即可完成。因此当大量的硅烷进入空 气， 人们随即发现火光、浓浓的棕黄色烟尘和爆鸣声。 这种连锁反应也就是当硅烷生产系统、硅烷反应系统 或硅烷高压容器进入大量的氧 (或空气 ) 时， 会发生剧 烈爆炸的根本原因。 热分解 激烈氧化 2.硅烷的用途： 硅烷广泛应用于微电子、光电子工业。可用于制造高纯 度多晶硅、单晶硅、微晶硅、非晶硅、氮化硅、氧化 硅、碳化硅、异质硅、各种金属硅化物等。因为它高 纯度和能实现精细控制 ,已成为许多其他硅源无法取代 的重要特种气体。 3. 硅烷的包装 3.1 包装容器 使用高压非液化压缩气钢瓶或有复合隔离材料 包覆的铝瓶 ,铝瓶具有不生锈、颗粒脱落少、吸 附潮气少、破坏时裂成大块等优点 ,并且包覆材 料可以延长铝瓶丧失抗拉强度的时间。但是铝 瓶成本高，制造难度大。钢瓶避免与含有重金 属卤化物或游离卤素的材料接触 , 否则将引起 爆炸。 3.硅烷的包装 3.2 钢瓶阀门选用 一般都采用隔膜阀，禁止使用填料阀 ,阀门上 必 须带有超压卸压装置。 3.3 硅烷的最大充装系数 日本高压气体安全协会技术委员会特种 气体分会推荐硅烷气瓶充装系数不大于 0.22kg/L 。 4.硅烷入厂验收的一些注意事项 4.1 钢瓶外观是否正常，是否有撞击变形等异常现 象。 4.2 检查钢瓶上的标识是否清楚完整。 4.3 检查钢瓶阀是否关闭完好，防止钢瓶在运输过 程中阀门松动，出现漏气情况。 4.4 检查钢瓶的压力或重量，防止硅烷量过充。 4.5 检漏。 5.硅烷的储存 5.1 在通风良好、安全且不受天气影响的地方存储。 5.2 钢瓶应直立摆放，保持阀门堵头密封性和瓶帽完好。为 了保证钢瓶不被翻倒或碰倒，应做好放倒措施。 5.3 存储区域应远离人员频繁出入处和紧急出口。 5.4 储存区域内不应有火源，储存区内所有电器必须有防 爆设施。易燃物存放区应与氧及氧化物存放区最少相距 25 米 。 5.5 储存区和使用区内应有“禁止吸烟和使用明火”的告示 牌。 5.6 存储温度不可高于 52 。 5.7 将空瓶与满瓶分开存放。避免过量存储和存储时间过长 . 5.8 要定期对满瓶气进行检漏，防止钢瓶泄露。 5.9 储存区应配备灭火器和消防栓，并时刻保持完好。 6.硅烷使用的注意事项 6.1 硅烷钢瓶移动，选用专用的移动工具。禁止拉 滚动或 者滑动钢瓶。 6.2 钢瓶在使用之前要进行固定。 6.3 连接钢瓶之前，要弄清钢瓶的标示 (气体名称、压力、浓 度等 ) ，最好要记录开始使用的年月日、使用人及压力等 必要事项， 并让任何人都能看明白。 6.4 连接钢瓶之前，要对整个系统进行彻底的吹扫 ,防止吹扫 不彻底推迟着火 ,反而会加大随后爆炸的危害。吹扫气一 定要控制 O2含量，一般 O2含量不能大于 3ppv。 6.5 硅烷使用之前，要检查整个系统的气密性，并做好相应 的记录。 6.6 硅烷开始使用时，应缓慢打开钢瓶阀门，并注意系统压 力变化，若有异常请立即关闭钢瓶阀门。 6.7 硅烷使用场所，要有通风设备，并定期进行通风，防止 爆炸性气体的积聚。 6.硅烷使用的注意事项 6.8 硅烷在使用过程中不要用明火或其它热源加热钢瓶的任 何部分。 6.9 硅烷使用完后，钢瓶内必须至少保留 0.1MPa的余压。防 止气体全部用光，随着气温的变化，钢瓶内会产生负压， 若因此而混入空 气， 有可能发生爆炸危险。 6.10 硅烷使用完，关闭钢瓶阀后，卸下钢瓶之前，要对系统 进行彻底的吹扫。 6.11硅烷的排空，应将硅烷排放到一个专门处理它的地方， 最好是将它燃烧掉。即使硅烷浓度较低也十分危险，不能 暴露在空气中。硅烷在被惰性气体稀释成不可燃的气体后 也可以排空。 6.12 硅烷在使用过程中，要定期对系统进行巡检。防止出现 问题，能提前处理，可以减少事故的发生。 7. 意外泄漏的应急处理 7.1 硅烷是一种自燃气体，它的泄漏一般都能引起火灾。所 以硅烷泄漏后，首先要撤离受影响区域的人员。 7.2 根据硅烷的泄漏量和泄漏部位做相应的处理。 7.2.1 小量泄漏的情况 (1) 钢瓶阀口泄漏时，首先关闭钢瓶阀门，注意使用防护 用品避免烫伤。当钢瓶阀即使关紧也没有制止泄漏时，要 立即戴上钢瓶阀门堵头，按管理人员的意见把泄漏的钢瓶 移到安全的位置。 （ 2）如果钢瓶已经无法阻止泄漏 (或不能接近阀门 )，让 钢瓶在原地泄放或将钢瓶移到一个安全的地方泄放，直到 火焰熄灭。注意在泄放过程中，用消防水从最远端不停的 给钢瓶瓶身降温，防止钢瓶温度过高发生爆炸。不要用消 防水直接喷洒硅烷燃烧的火焰，防止火焰熄灭后，生产更 大的危害。 7. 意外泄漏的应急处理 (3)设备或管道漏泄时，首先关闭钢瓶阀门，把设 备或管道内的气体安全放出， 用氮气等置换后 方可进行漏泄处修理。严禁带气修理。 7.2.2 大量泄漏的情况 主要是 为了防止二次灾害产生，处置如下。 (1)迅速退到上风，大声呼喊气体泄漏，使周围 的人避开， 同时带上自给式呼吸器，采取临时应变 措施 。 (2)在漏泄处附近拉上警戒线，不使人接近。 (3)运输途中，尽量在没有居民的安全区行驶。 (4)发现大的事故隐患，本厂人员已经无法制止， 请立即报警，通知消防部门救援。 7. 意外泄漏的应急处理 7.3 如果泄漏硅烷时压力过高或速度过快会引起滞后性的 爆炸。泄漏的硅烷如没有自燃会非常危险，不要靠近 泄漏区域。 7.4 硅烷燃烧后，引起的火灾，不要用卤化物类灭火剂进 行灭火。 7.5 灭火前首先要把火灾周围的易燃气体和有毒气体移开。 7.6 如果硅烷泄漏引起大火，救助时一定要佩戴好相应的 防护用品。包括：自吸式呼吸机 全身防护服 防火 服等。 8. 急救措施 8.1 人体吸入较浓的硅烷气体造成呼吸困难时 ,应立即将患者 尽快移到空气清新处 ， 采取有效的措施保持呼吸和脉搏， 必要时采取人工呼吸。 8.2 发生热灼伤时应立即用冷水冲洗 15 分钟以上 ,再 等待专业医护治疗。 8.3 眼睛受到伤害时应立即用冷水冲洗 30 分钟以上 ,再等待专 业医护治疗。 9. 硅烷事故分析 9.1 BDHX气体供应厂错将氧气瓶当作氮气瓶发给用户 ,在硅烷系统需 要用氮气吹扫时却用了错发的氧气瓶 ,使系统充入氧气 ,引起爆炸 , 钢瓶炸裂 ,楼房炸塌 ,死两人。气瓶标识和检验是气瓶操作最基本的 安全规范。 9.2日本大阪大学实验室发生硅烷钢瓶爆炸 ,据调查发现是 止回阀失效导致一氧化二氮进入硅烷钢瓶。系统内氧 化剂的使用需要采取高度可靠的防护措施，并定期检 验是否正常。 9.3 1989 年 12 月 ,半导体制造工厂中发生的爆炸事 故 ,据分析是由于硅烷泄漏时没有立即着火 ,待 关上放气阀 ,切断气体来源后使气体的流速变慢 , 达到着火界限而引起的。发现硅烷泄漏时 ,应视 具体情况采取正确的处理措施 ,防止引发火灾和 爆炸。 9. 硅烷事故分析 9.4 硅烷泄漏据最新调查表明 ,火灾是最多的事故 (59 %) , 其次是爆炸 (11 %) 和泄漏 (11 %) 。约 45 %的事故发生 在工艺阶段 ,但换瓶时的事故发生率仍高达 21 %。尽量 减少钢瓶的换瓶次数能减少事故发生。 9.5 韩国 AP公司硅烷工厂发生泄漏，导致爆炸。 9. 硅烷事故分析 9.6 在一家大型 IC 公司的研究报告中分析了 36 次硅烷事 故发生的原因 ,认为都是由人为的错误操作导致的，而 不是由设备故障引起的。因此 ,除了进一步完善设备设 计外 ,严格的操作训练和规范的安全管理是更加重要的 。 10. 总结 硅烷是一种对氧非常敏感、十分危险的气体 ,如果 处理不当或意外泄漏 ,可能引起火灾或爆炸。我们有了 对硅烷燃烧特性的充分了解 ,有正确的设备设计、安装 和维护 ,加上始终严格的操作 ,严格遵守公司相关规章制 度 ,就可以预防其着火或爆炸事故的发生，从而实现长 期安全的使用硅烷。